两江水电站流域暴雨洪水特性分析及信息化应对措施

刘建军，郑锡恩，李义兰

(1.国网吉林省新能源集团有限公司 两江水电分公司，吉林 安图 133600； 2.吉林省安图县气象局，吉林 安图 133600)

0 引 言

两江水电站位于吉林省延边朝鲜族自治州安图县两江镇境内，坝址位于二道松花江与富尔河汇合口以上18 km处，控制流域面积2 970 km2，多年平均径流量12.08×108m3，水库总库容2.105×108m3，属大(II)型不完全年调节水库。电站装有3台20 MW水轮发电机组，设计年平均发电量1.93×108kW·h。电站枢纽以发电为主，兼顾灌溉、养殖和旅游等综合利用，主要由混泥土面板堆石坝、右岸泄洪隧洞、左岸岸边开敞式溢洪道、发电引水隧洞及厂房、升压变电站等组成。大坝、溢洪道和泄洪洞为二级建筑物，设计洪水标准为100年一遇洪水，校核洪水标准为2 000年一遇洪水，正常蓄水位545.00 m，相应库容1.730×108m3；死水位526.60 m，相应库容0.447×108m3；校核水位547.35 m，相应库容2.105×108m3。

1 地理位置

两江水电站位于长白山山脉北侧，距二道松花江源头长白山天池62 km。该流域呈扇型分布，水量丰富，由二道白河、三道白河、四道白河、五道白河汇入库区，河流湍急，季节变化大，春季较缓，夏季较猛。两江水电站上游流域分布十几座小型水电站，多为引水式电站，其中301电站和302电站为日调节水库，库容分别为1 081×104和0.356×104m3。两江水电站下游附近主要有两江镇内的西江村、汉阳屯、大兴川3个村庄，下河道两岸人烟稀少进入白山水电厂库区。两江水电站流域水系处于长白山脉深山狭谷区，山峦重叠，森林植被茂密，呈树枝状分布，河谷下切较深，均为V型河谷，到松江镇附近河谷逐渐变宽。解放前，流域为原始森林，只有少数村屯，人烟稀少，开发较晚，历史水文站设在汉阳屯。20世纪70年代，随着农业开荒，流域内松江、三道区域森林植被遭到破坏。近几年，随着国家生态文明建设“绿水青山就是金山银山”理念不断加强，流域自然生态得以恢复，水系生态维持良好。见图1。

图1 两江水电站流域图

长白山天池海拔高程2 189 m，总蓄水量20×108m3，两江水电站坝顶高程547.40 m，地势由南向北方向倾斜。坝址以上河长141 km，河道平均比降4.1‰。由于河槽下切较深，河网比较发达，河道比降和坡面比降都较大，致使江河洪水汇集较快，洪水较为集中。见表1。

2 水文气象概况

本流域属大陆性季风气候区，受西伯利亚冷高压和太平洋季风影响，春季风大而干燥，夏季湿润多雨，秋季凉爽多雾，冬季漫长而寒冷，一年中寒暑温差悬殊，春秋两季短促。多年平均降水量为682 mm，降雨主要集中在6-9月份，占全年的70%。多年平均气温2.2℃。河流封冻期长达半年之久。降水量的年内分配因受季风影响，分布极不均匀，流域内降水量由南向北递减，并随海拔降低具有明显减小的特点，如松江气象站的多年平均降水量为680 mm，长白山主峰天池气象站为1 300 mm，两站雨量相差近一倍。降水量年际变化亦较大，年最大降水量为1974年858 mm，最小年降水量为1978年461 mm。见表2。

表1 两江水电站流域各断面特征值表

表2 两江水电站流域多年降雨量、来水量统计表

3 暴雨洪水特性

二道松花江流域一年两汛，即春汛和夏汛，易产生洪灾的是夏汛。流域洪水主要由7-9月份的暴雨形成，以8月份出现的频次最多，洪水量级最大。造成两江水电站流域暴雨的天气系统主要为北上台风、切变、冷涡和气旋。盛夏季节，由于太平洋副热带高压不断北伸，配合高空槽，引导南来的气旋台风系统北上，在本地区发生大范围较高强度的降雨，尤其以台风造成的暴雨较为强烈。两江水电站流域虽然位于长白山山脉的北坡，但由于南来的台风是深厚的暖湿系统，尽管有2 000 m左右的长白山山脉阻挡，仍能对流域形成暴雨。另外，因受地形地势的影响，不同高度降水量的差异很大，雨量随高程的增加而加大。除台风暴雨外，只要副热带高压位置适当，气旋或切变可造成流域的暴雨。暴雨最早发生在5月份，最迟发生在9月份，降水量集中且强度大的暴雨多发生在7-8月份，以8月份出现的次数最多。流域单次降雨过程一般3天左右，主要在集中在30～48 h内。历史记录60多年来的大暴雨有5次，即1943、1960、1965、1982和2013年。这5次暴雨都是台风暴雨，均发生在8月份。

流域河道比降和坡面比降较大，河槽下切深，致使江河洪水汇集较快，洪水集中，洪水过程有陡涨陡落的特点。一次洪水历时一般约为7天，洪峰上涨历时一般约1～2天，洪峰持续时间1～4 h。一天洪量约占三天洪量的40%～60%，三天洪量约占七天洪量的60%～80%，洪水过程线多为单峰型。1999年投产发电运行以来，流域先后发生了2次大洪水，2010年的洪水重现期为20年，2013年的洪水重现期超过100年。2013年8月14-17日，流域平均降雨178 mm，历时96 h，是两江水电站遭遇有记录以来的最大洪水，洪峰流量2 456 m3/s(3 h)，三日洪量26 359×104m3，与设计采用的200年一遇洪水量级相当。见图2。

图2 两江水电站“8.16”洪水过程线

4 洪水发生时间及频次分布规律分析

通过松江水文站和汉阳屯水文站实测洪水系列分析。松江站发生在6月份的洪水次数为10次，占总数的18%；发生在7月份的洪水次数为19次，占总数的34%；发生在8月份的洪水次数为22次，占总数的39%；发生在9月份的洪水次数为5次，占总数的9%。汉阳屯站发生在6月份的洪水次数为7次，占总数的12%；发生在7月份的洪水次数为28次，占总数的47%；发生在8月份的洪水次数为20次，占总数的33%；发生在9月份的洪水次数为5次，占总数的8%；7、8两月之和占总数的80%。根据统计数据说明，两江水电站流域洪水主要发生在每年的7、8两月，9月份洪水明显偏少，仅占总数的10%以下。见表3。

表3 各站汛期实测洪水发生频次统计表

5 洪水量级分布统计规律分析

从汉阳屯站各月最大流量散布图(图3)可见，年最大流量主要分布在7月20日至8月31日之间，汉阳屯站峰流量超过2 000 m3/s年份为7年，7月15日以前和9月1日以后的洪水量级明显减小。从洪水散布图的量级分布规律充分反映出本流域洪水的分布规律，大洪水基本发生在7月中旬至8月末。见图3。

图3 汉阳屯站月份最大流量散布图

6 近年典型洪水

两江水电站近10年来发生典型洪水共9场次，主要集中在7、8月份。其中4场次受台风影响，2013年“8.16”洪水量级最大，洪水具有明显的季节性变化规律。见表4。

表4 两江水电站2010-2019年历次暴雨洪水成因统计表

7 信息化应对措施

两江水电站历经“7.28”和“8.16”两次大洪水，总结经验，融入水电防洪应急体系建设先进理念，不断加强防洪应急网络信息化建设，将调度指挥通信、水库调度自动化系统、洪水预报、远程监控、可视工业电视监视系统、防洪预警广播系统、防汛信息自动报送系统、气象信息预警和省防汛决策系统多信息融合，做到实时监测、早期预警、经济调度、决策指挥、应急处置等集成化。

7.1 流域实时监测

两江水电站2000年建成水情自动测报系统，系统由一个中心站、一个中继站和8个遥测站组成，通讯方式为超短波电台，目前转为备用系统。随着水情测报技术的发展，结合流域特点，2014年5月新建一套水库调度综合自动化系统，系统由一个中心站、6个遥测雨量站(三道、红石、东方红林场、白头山口、奶头山、二道白河)、3个遥测水位雨量站(松江、坝上、301电站坝下)、2个遥测水位站(尾水、量水堰)和1个气象站(大坝)组成，通讯方式以移动短信为主、北斗卫星为辅。水调自动化系统对流域雨情、水情实时监测和采集。监测内容包括各站时段降雨量、降雨历时、日降雨量、流域面平均降雨量，水库上下游水位和主要支流水位变化监测等。见表5。

表5 两江水电站流域遥测站点特性表

7.2 洪水预测

水库调度自动化系统配有新安江洪水预报模型和降雨径流预报模型，可实时开展短期和实时洪水预报。汛期水文预报以短期洪水预报为主，指导水库运行，为水库防洪调度、经济运行和应急指挥决策服务。降雨径流预报模型和新安江洪水预报模型入库流量预报值预见期为6 h，产流预报合格率为82%，洪峰流量预报合格率为80%，峰现时间预报合格率为80%，预报等级为乙级，满足预报发布要求。

7.3 气象服务支持

两江水电站与安图县气象局签订气象服务协议，气象部门通过电话、QQ、微信、电子邮件、短信等方式，准确提供月、旬、周、日和特殊天气预报信息，两江水电站及时掌握本流域水情、雨情和未来气象趋势变化等气象信息。根据气象预报做出水库调度调整，制定度汛方案和应对措施，合理安排机组运行方式，降低水库运行水位，预留相应防洪调节库容，在保障水库大坝和下游人民群众生命财产安全前提下，将洪水资源利用最大化。

7.4 网络信息共享

主汛期通过互联网定期查询中央气象部门发布的台风和强降雨预报信息，提前掌握台风移动路径及降雨预报强度，结合地方气象台预报和预警，利用水库调度综合自动化系统洪水预报成果，会商判研流域洪水量级，做好防洪度汛准备工作，必要时启动应急预案，为防洪度汛、应急抢险和指挥决策提供依据。

7.5 调度联网

两江水电站与吉林省人民政府防汛抗旱指挥部决策系统联网，实现水情、雨情、山洪灾害、预警等信息共享，接受吉林省人民政府防汛抗旱指挥部的调度指挥。同时利用省防决策系统雨水情监测信息与两江水电站流域监测信息做对比验证，进一步提高流域监测信息准确性，为洪水预报和洪水调度的科学性提供可靠支撑。

7.6 远程可视化

生产现场安装工业电视系统，采用数字网络

分布式监控，做到大坝、发电厂房、升压站生产现场设施设备视频监视全覆盖，实现远程调控全方位监控，实时掌握现场生产运行状态，遇有突发事件可以高效进行组织处置，实现应急快速反应。

7.7 依托信息化开展分期洪水调度

为了确保水库大坝防洪度汛安全，通过分析本流域暴雨洪水特性，2018年5月经吉林省人民政府防汛抗旱指挥部批准两江水电站汛期实行分期汛限运行方式。汛期划分为前汛期、主汛期和后汛期，其中前汛期为6月1日至6月30日，主汛期为7月15日至8月20日，后汛期为9月1日至9月30日；前汛期与主汛期之间过渡段为7月1日至7月14日，主汛期与后汛期之间过渡段为8月21日至8月31日。主汛期起调水位为540.80 m，前汛期和后汛期起调水位为545.00 m。

8 结 语

深入贯彻学习习近平总书记关于加强应急管理体系和能力建设重要讲话精神，结合企业自身生产特点不断创新发展理念，加快防灾减灾应急管理体系和能力建设，依托网络化、信息化、大数据为防洪度汛安全和经济运行服务，加强汛情监测，积极做好大暴雨洪水有效应对准备，健全预警机制，确保水库大坝运行安全和上下游人民群众生命财产安全。